一种燃料电池气体扩散层结构制造技术

本发明专利技术公开了一种燃料电池气体扩散层结构，其厚度为3.0～5.0mm，包括一基底层和一微孔层，基底层的一侧具有气体流道，另一侧与微孔层相连，基底层的材质为金属纤维毡，微孔层上具有铜‑石墨烯复相膜。本发明专利技术的燃料电池气体扩散层结构与现有技术相比，具有机械强度高，排水性、透气性，接触电阻低等优点。

Fuel cell gas diffusion layer structure

The invention discloses a fuel cell gas diffusion layer structure, the thickness is 3 ~ 5.0mm, which comprises a base layer and a porous layer, one side of the basal layer of a gas channel, the other side is connected with the micro porous layer, basal layer is made of metal fiber felt, with copper graphene composite microporous membrane layer. Compared with the prior art, the fuel cell gas diffusion layer structure of the invention has the advantages of high mechanical strength, drainage, air permeability, low contact resistance, etc..

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池气体扩散层结构
本专利技术属于燃料电池
，具体涉及一种燃料电池气体扩散层结构。
技术介绍
质子交换膜燃料电池作为一种高效、环境友好型的发电装置，近年来成为各国研究开发的热点。其核心部件膜电极三合一(MEA)通常由气体扩散层、催化层和质子交换膜通过热压工艺制备而成。气体扩散层由导电的多孔材料组成，起到支撑催化层、收集电流、传导气体和排出水等多重作用，实现了反应气体和产物水在流场和催化层之间的再分配，是影响电极性能的关键部件之一。理想的气体扩散层应满足3个条件：良好的排水性、良好的透气性和良好的导电性。气体扩散层通常由基底层和微孔层组成。基底层通常使用多孔的碳纸、碳布，其厚度约为100-400μm，它主要起支撑微孔层和催化层的作用。微孔层通常是为了改善基底层的孔隙结构而在其表面制作的一层碳粉层，厚度约为10-100μm，一般是将基底层平整处理后在其表面通过丝印、刮涂、涂覆、溅射等工艺制备，其主要作用是降低催化层和基底层之间的接触电阻，使气体和水发生再分配，防止电极催化层“水淹”，同时防止催化层在制备过程中渗漏到基底层。此外，金属网用作气体扩散层基底材料的研究也有见报道，但其采用光滑金属丝制作金属网使得基底层与微孔层的接触性较差，气体扩散层的电阻过高。气体扩散通道是由经过憎水处理的憎水性的孔道充当，聚四氟乙烯(PTFE)是常用的憎水剂，而未经憎水处理的亲水性的孔道充当产物水的传递通道。该方法制备的气体扩散层由于价格较高且技术多被国外垄断，导致国内燃料电池气体扩散层产业化应用进展缓慢。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种燃料电池气体扩散层结构。本专利技术的技术方案如下：一种燃料电池气体扩散层结构，厚度为3.0～5.0mm，包括一基底层和一微孔层，基底层的一侧具有气体流道，另一侧与微孔层相连，基底层的材质为金属纤维毡，微孔层上具有铜-石墨烯复相膜；其制备方法包括如下步骤：(1)切削制备金属纤维，将该金属纤维填充至模具中，加压后采用低温固相烧结法制备形成金属纤维毡；(2)将上述金属纤维毡浸入熔融态聚四氟乙烯后取出自然冷却至室温形成金属纤维毡-聚四氟乙烯复合材料，接着在聚四氟乙烯的保护下于其一侧铣削出气体流道，然后在真空高温烧结下部分去除聚四氟乙烯的同时完成憎水性处理，获得一侧具有气体流道的基底层；(3)将上述基底层的另一侧浸入温度为45～55℃镀铜液中进行表面化学镀铜25～35min，接着于乙醇中超声清洗，然后浸入浓度为0.1～0.4wt％的石墨烯分散液中沉淀石墨烯片25～35min，获得铜-石墨烯复相膜；(4)重复步骤(3)直至获得指定厚度的铜-石墨烯复相膜，制得所述微孔层。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述微孔层的厚度为0.05～0.15mm。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述气体流道的深度为2.5～3.0mm。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述金属纤维的当量直径为0.01～0.03mm。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述金属纤维的长度为10～15mm。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述低温固相烧结法具体为：在低于所述金属纤维的熔点30～50℃的温度下对加压后的金属纤维进行真空烧结，通过金属纤维中的剧烈的分子扩散运动与周边材料发生连接。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述表面化学镀铜中获得的铜颗粒的粒径约为0.03～0.07mm。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述石墨烯片厚度约为0.02～0.05mm。本专利技术的有益效果：本专利技术的燃料电池气体扩散层结构与现有技术相比，具有机械强度高，排水性、透气性，接触电阻低等优点。附图说明图1为本专利技术实施例1的燃料电池气体扩散层结构的结构示意图。图2为本专利技术实施例1中的金属纤维的扫描电镜照片。图3为本专利技术实施例1中的金属纤维毡的外观图。具体实施方式以下通过具体实施方式结合附图对本专利技术的技术方案进行进一步的说明和描述。实施例1：如图1所示，一种燃料电池气体扩散层结构，厚度为3.0～5.0mm，包括一基底层1和一厚度为0.05～0.15mm的微孔层2，基底层1的一侧具有深度为2.5～3.0mm的气体流道11，另一侧与微孔层2相连，基底层1的材质为金属纤维毡，微孔层2上具有铜-石墨烯复相膜；其制备方法包括如下步骤：(1)切削制备金属纤维，将该金属纤维填充至40.00mm×30.00mm×4.35mm的矩形模具中，加压后采用低温固相烧结法制备形成如图3所示的金属纤维毡，上述金属纤维如图2所示，其当量直径为0.01～0.03mm，长度为10～15mm；所述低温固相烧结法具体为：在低于所述金属纤维的熔点30～50℃的温度下对加压后的金属纤维进行真空烧结，通过金属纤维中的剧烈的分子扩散运动与周边材料发生连接；(2)将上述金属纤维毡浸入熔融态聚四氟乙烯后取出自然冷却至室温形成金属纤维毡-聚四氟乙烯复合材料，接着在聚四氟乙烯的保护下于其一侧铣削出气体流道，然后在真空高温烧结下部分去除聚四氟乙烯的同时完成憎水性处理，获得一侧具有气体流道的基底层；(3)将上述基底层的另一侧浸入温度为45～55℃镀铜液中进行表面化学镀铜25～35min，接着于乙醇中超声清洗，然后浸入浓度为0.1～0.4wt％的石墨烯分散液中沉淀石墨烯片25～35min，获得铜-石墨烯复相膜；上述表面化学镀铜中获得的铜颗粒的粒径约为0.03～0.07mm，上述石墨烯片的厚度为0.02～0.05mm；(4)重复步骤(3)直至获得指定厚度的铜-石墨烯复相膜，制得所述微孔层。以上所述，仅为本专利技术的较佳实施例而已，故不能依此限定本专利技术实施的范围，即依本专利技术专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本专利技术涵盖的范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池气体扩散层结构，其特征在于：厚度为3.0～5.0mm，包括一基底层和一微孔层，基底层的一侧具有气体流道，另一侧与微孔层相连，基底层的材质为金属纤维毡，微孔层上具有铜‑石墨烯复相膜；其制备方法包括如下步骤：(1)切削制备金属纤维，将该金属纤维填充至模具中，加压后采用低温固相烧结法制备形成金属纤维毡；(2)将上述金属纤维毡浸入熔融态聚四氟乙烯后取出自然冷却至室温形成金属纤维毡‑聚四氟乙烯复合材料，接着在聚四氟乙烯的保护下于其一侧铣削出气体流道，然后在真空高温烧结下部分去除聚四氟乙烯的同时完成憎水性处理，获得一侧具有气体流道的基底层；(3)将上述基底层的另一侧浸入温度为45～55℃镀铜液中进行表面化学镀铜25～35min，接着于乙醇中超声清洗，然后浸入浓度为0.1～0.4wt％的石墨烯分散液中沉淀石墨烯片25～35min，获得铜‑石墨烯复相膜；(4)重复步骤(3)直至获得指定厚度的铜‑石墨烯复相膜，制得所述微孔层。

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池气体扩散层结构，其特征在于：厚度为3.0～5.0mm，包括一基底层和一微孔层，基底层的一侧具有气体流道，另一侧与微孔层相连，基底层的材质为金属纤维毡，微孔层上具有铜-石墨烯复相膜；其制备方法包括如下步骤：(1)切削制备金属纤维，将该金属纤维填充至模具中，加压后采用低温固相烧结法制备形成金属纤维毡；(2)将上述金属纤维毡浸入熔融态聚四氟乙烯后取出自然冷却至室温形成金属纤维毡-聚四氟乙烯复合材料，接着在聚四氟乙烯的保护下于其一侧铣削出气体流道，然后在真空高温烧结下部分去除聚四氟乙烯的同时完成憎水性处理，获得一侧具有气体流道的基底层；(3)将上述基底层的另一侧浸入温度为45～55℃镀铜液中进行表面化学镀铜25～35min，接着于乙醇中超声清洗，然后浸入浓度为0.1～0.4wt％的石墨烯分散液中沉淀石墨烯片25～35min，获得铜-石墨烯复相膜；(4)重复步骤(3)直至获得指定厚度的铜-石墨烯复相膜，制得所述微孔层。2.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：周伟，刘瑞亮，邱清富，李双利，何平，黄婷婷，徐东升，庞浜，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建,35